Elementaranalyse in der Herstellung von Zement Qualitätskontrolle von Zement - von der Zerkleinerung bis zur Elementaranalyse

Measurement of carbon and sulphur concentrations

A reliable determination of the carbon and sulphur content in cement is an essential part of the quality control process. If the sulphur content is too high, the cement could be destroyed as a result of the chemical reaction of sulphuric acid. The carbon content is usually certified as CO2 and sulphur content is given as SO3. In general, elemental analysers combust the sample and measure the released gases. Inorganic samples with a low carbon and sulphur content such as cement are usually combusted in an induction furnace at temperatures up to 2200°C. Table 1 shows typical results for CO2 and SO3 concentrations in a cement sample and also in wood and coal which are both used as fuels in many cement factories.

The results were obtained with ELTRA’s CS-i analyzer, with very low standard deviations. The system works reliably and quickly with a typical measurement time of only 60 to 120 seconds.

Kohlenstoff / Schwefel Analysator Elementrac CS-i

Schwefel beeinflusst wesentlich die Alterung des Klinkers, da es durch Säurebildung zur Degeneration kommen kann. Der leistungsfähige Induktionsofen des CS-i oxidiert jegliche Baustoffproben bei mehr als 2000 °C im Sauerstoffstrom. Leistungsfähige Infrarotmesszellen gewährleisten die zuverlässige Bestimmung von Schwefel und optional Kohlenstoff.

Kohlenstoff / Schwefel Analysator Elementrac CS-d

Die leistungsfähige Kombination von Induktions- und Widerstandsofen in dem Analysator CS-d ermöglicht insbesondere in der Baustoffindustrie eine ökonomische Kohlenstoff- und Schwefelbestimmung.
Neben dem Induktionsofen für die Analyse von Baustoffen steht auch ein widerstandsbeheizter Keramikofen mit bis zu 1500 °C zur Verfügung. Dieser erlaubt die Analyse von Brennstoffen wie Kohle, Koks oder auch Ersatzbrennstoffen. 

Kohlenstoff / Wasserstoff / Schwefel Analysator CHS-r / CHS-580A

Der effektive Heizwert von Brennstoffen wird vom Kohlenstoff- und insbesondere vom Wasserstoffgehalt bestimmt. Bei der Verbrennung von Ersatzbrennstoffen entsteht durch den enthaltenen Wasserstoff eine nicht unerhebliche Menge an Wasser, welches aus dem Drehrohrofen verdampft werden muss. Dies reduziert den Heizwert merklich.
Eine effektive Kontrolle der Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel ist mit dem widerstandsbeheizten CHS-r möglich. Für einen hohen Probendurchsatz steht der CHS-580A mit Autoloader für 36 oder 130 Positionen zur Verfügung. 

Thermogravimetrischer Analysator TGA Thermostep

Die konventionelle Bestimmung von thermogravimetrischen Parametern wie Feuchte, Asche oder LOI (Loss On Ignition) mit Muffelöfen und externer Waage ist in der Regel zeit- und personalaufwendig.
Der TGA Thermostep ist ein programmierbarer Ofen mit integrierter Waage und bestimmt Asche, Feuchte und flüchtige Bestandteile in Brennstoffen sowie den LOI in Zement voll automatisch. 

Kohlenstoff / Wasser Analysator CW-800

In Baustoffen ist der an Carbonat gebundene Kohlenstoff (TIC) ein wichtiger Parameter. Dieser kann im CW-800 bei 1000 °C unter Stickstoffatmosphäre innerhalb einer Minute sicher und zuverlässig bestimmt werden.

Sample preparation and analysis

As secondary fuels are often soft and elastic materials, primary size reduction has to be effected with cutting and shearing forces such as are applied in cutting mills. Here, the same grinding procedure as for hard and brittle material has to be followed: Pre-cutting followed by sample division and fine grinding. Since the secondary fuels usually are very heterogeneous, the sampling process becomes evident for correct analytical results. RETSCH’s heavy-duty cutting mill SM 300 easily handles inhomogeneous sample materials with different breaking properties and is especially safe to operate. It is available with heavy-metal-free grinding tools for neutral-to-analysis sample preparation which makes it ideal for processing secondary fuels. With the three exchangeable cutting rotors and its high powered drive, textile and leather parts, plastic caps and ductile metal cans are cut up just as effectively as abrasive electronic scrap and non-metallic car-shredding parts. As there are limits to this cutting mechanism, i.e. steel and iron parts should be separated by a magnetic separator before the cutting process. The final fineness is mainly determined by replaceable bottom sieves with defined aperture sizes. Depending on the sample material, final particle sizes < 2 mm can be achieved. A cyclone increases the material throughput and helps to dissipate the grinding heat. For the fine grinding down to 200 μm, the Ultra-Centrifugal Mill ZM 200 from RETSCH is the ideal tool. It grinds extremely fast and thanks to the patented cassette system it is very easy to clean which allows for high sample throughput. The sample size again is determined by an exchangeable sieve. Experience shows that aperture size of 0.5 or 1 mm is fully adequate for obtaining analytical fineness. Very elastic material like rubber has to be embrittled with liquid nitrogen before pre cutting and final grinding to avoid melting of the sample.

Due to their different combustion behaviour (compared to inorganic material), secondary fuels cannot be processed in an induction furnace. The most suitable choice is a measurement with a resistance furnace at a temperature of 1,300°C. As cement factories use different types of fuels with different calorific values, it is essential to measure the carbon content as a perfect indicator for the calorific value of a material. Sulphur, on the other hand, is an important parameter for processing the combustion gas desulphurisation. Whereas coal has a rather high sulphur content of up to 5%, it is only around 0.02% for secondary fuels such as wood or biomass. With ELTRA elemental analyzers samples of greatly varying sulphur content can be examined precisely and reliably.

Secondary fuel samples